Introdução
•
Em diversas aplicações deve-se controlar o fluxo de energia da fonte de
entrada para a fonte de saída e vice-versa, sendo necessário o uso de
conversores CC-CC reversíveis em tensão e/ou corrente
•
Uma aplicação bastante comum é a tração elétrica, onde durante a
frenagem da máquina a energia cinética armazenada nas massas em
movimento pode ser restituída para a fonte na forma de energia elétrica
•
Rede pública
de energia
Como outro exemplo, pode-se
citar um conversor CC-CC que
carrega baterias quando a rede
elétrica está normal. Porém, ao
ocorrer uma falha na rede, as
baterias fornecem energia através
do conversor
Pré-regulador
Inversor
Saída
Conversor
bidirecional
Banco de
baterias
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1
Quadrantes de operação
PRIMEIRO
QUADRANTE
 Fonte  Carga
 Tração
Vo
TERCEIRO
QUADRANTE
 Tração
(sentido inverso
de rotação)
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 Carga  Fonte
I
II
IV
III
 Fonte  Carga
SEGUNDO
QUADRANTE
Io
III
 Frenagem
regenerativa
IV
III
I
 Carga  Fonte
IV
 Frenagem
regenerativa
(sentido inverso
de rotação)
Io
I
II
QUARTO
QUADRANTE
Vo
II
Vo
Io
Vo
II
III
I
IV
Io
2
Quadrantes de operação
DOIS QUADRANTES
Reversibilidade em
corrente
 Mesmo sentido
de rotação
 Tração e
frenagem
DOIS QUADRANTES
Reversibilidade em
tensão
Vo
II
III
I
IV
 Tração e frenagem
Io
 A polaridade da fcem
deve ser invertida na
frenagem
QUATRO QUADRANTES
Reversibilidade em
tensão e corrente
Prof. Cassiano Rech
Vo
II
III
I
IV
Io
Vo
 Tração e
frenagem
II
I
 Ambos sentidos
de rotação
III
IV
Io
3
Conversor reversível em corrente:
Estrutura básica
S1
D1
R
Vin
S2
L
D2
EC
• Três modos de funcionamento:
1. Modo tração
2. Modo frenagem regenerativa
3. Interruptores comutando complementarmente
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4
Conversor reversível em corrente:
1º Modo – Tração
A chave S2 é mantida permanentemente
aberta e S1 comuta ciclicamente
1ª ETAPA:
S1
D1
R
Vin
L
iL
S2
D2
S1
D1
EC
2ª ETAPA:
R
Vin
L
iL
S2
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D2
EC
5
Conversor reversível em corrente:
2º Modo – Frenagem regenerativa
A chave S1 é mantida permanentemente
aberta e S2 comuta ciclicamente
1ª ETAPA:
S1
D1
R
Vin
L
iL
S2
D2
S1
D1
EC
2ª ETAPA:
R
Vin
L
iL
S2
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D2
EC
6
Conversor reversível em corrente:
3º Modo – Comando complementar
As chaves S1 e S2 comutam
complementarmente e de modo cíclico
Corrente “+”:
Corrente “-”:
S1
S1
D1
R
Vin
L
D1
R
Vin
iL
S2
D2
S1
D1
iL
EC
R
Vin
L
S2
D2
S1
D1
Prof. Cassiano Rech
D2
EC
R
Vin
iL
S2
L
L
iL
EC
S2
D2
EC
7
Conversor reversível em tensão:
Estrutura básica
S1
D2
L
Vin
EC
D1
S2
• Três modos de funcionamento:
1. Modo tração
2. Modo frenagem regenerativa
3. Interruptores comutando simultaneamente
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8
Conversor reversível em tensão:
1º Modo – Tração
S1 ou S2 é mantida fechada e a outra
chave comuta ciclicamente
1ª ETAPA:
S1
L
Vin
EC
D2
iL
D1
S2
2ª ETAPA:
S1
L
Vin
EC
D2
iL
D1
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S2
9
Conversor reversível em tensão:
2º Modo – Frenagem regenerativa
S1 ou S2 é mantida aberta e a outra
chave comuta ciclicamente
1ª ETAPA:
S1
L
Vin
EC
D2
iL
D1
S2
2ª ETAPA:
S1
L
Vin
EC
D2
iL
D1
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S2
10
Conversor reversível em tensão:
3º Modo – Comando simultâneo
As chaves S1 e S2 comutam
simultaneamente e de modo cíclico
Tensão “+”
D > 0,5
Tensão “-”
D < 0,5
S1
L
Vin
EC
D2
S1
L
Vin
D1
D1
S2
S1
L
EC
L
iL
Prof. Cassiano Rech
S2
S1
D2
Vin
D1
D2
iL
iL
Vin
EC
EC
D2
iL
S2
D1
S2
11
Conversor reversível em tensão:
Equacionamento (comando simultâneo)
GANHO ESTÁTICO EM
CONDUÇÃO CONTÍNUA
1
0.8
0.6
A tensão média na carga é dada por:
Vo 
Vin DT  Vin 1  D T
T
0.4
0.2
Vo
 2D  1
Vin
M ( D)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
ONDULAÇÃO DA CORRENTE
DE CARGA
1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
D
Ao final da 1ª etapa (t = ton) io = Imax:
Imax
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Vin  Ec
 Imin 
DT
L
2Vin
I 
D 1  D 
Lf
Imax
Vin

2Lf
12
Conversor reversível em tensão e
corrente: Estrutura básica
S1
D1
S2
iL
Vin
+
S3
1.
2.
3.
4.
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D2
EC
L
vo
D3
S4
D4
Tração: Operação no 1º quadrante
Tração: Operação no 3º quadrante
Frenagem: Operação no 2º quadrante
Frenagem: Operação no 4º quadrante
13
Conversor reversível em tensão e
corrente: Tração (1º quadrante)
S4 é mantida fechada, S2 e S3 são mantidas
abertas, e S1 comuta ciclicamente
1ª ETAPA:
S1
2ª ETAPA:
D1
iL
Vin
+
S3
D3
EC
L
S2
S1
D2
D1
iL
Vin
vo
S4
+
D4
S3
D3
EC
L
vo
S2
D2
S4
D4
 Tensão média positiva
 Corrente média positiva
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Conversor reversível em tensão e
corrente: Tração (3º quadrante)
S3 é mantida fechada, S1 e S4 são mantidas
abertas, e S2 comuta ciclicamente
1ª ETAPA:
S1
2ª ETAPA:
D1
iL
Vin
+
S3
D3
EC
L
S2
S1
D2
D1
iL
Vin
vo
S4
+
D4
S3
D3
EC
L
vo
S2
D2
S4
D4
 Tensão média negativa
 Corrente média negativa
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Conversor reversível em tensão e
corrente: Frenagem (2º quadrante)
S3 comuta ciclicamente, enquanto as
outras chaves são mantidas abertas
1ª ETAPA:
S1
2ª ETAPA:
D1
iL
Vin
+
S3
D3
EC
L
S2
S1
D2
D1
iL
Vin
vo
S4
+
D4
S3
D3
EC
L
vo
S2
D2
S4
D4
 Tensão média positiva
 Corrente média negativa
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Conversor reversível em tensão e
corrente: Frenagem (4º quadrante)
S1 comuta ciclicamente, enquanto as
outras chaves são mantidas abertas
1ª ETAPA:
S1
2ª ETAPA:
D1
iL
Vin
+
S3
D3
EC
L
S2
S1
D2
D1
iL
Vin
vo
S4
+
D4
S3
D3
EC
L
vo
S2
D2
S4
D4
 Tensão média negativa
 Corrente média positiva
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Bibliografia
• Ivo Barbi, “Conversores CC-CC Básicos Não Isolados”.
• Muhammad H. Rashid, “Eletrônica de Potência:
Circuitos, Dispositivos e Aplicações”.
• R. W. Erickson, D. Maksimovic, “Fundamentals of Power
Electronics”, Second edition.
• José A. Pomilio, “Eletrônica de Potência”, UNICAMP.
Disponível em:
<http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/>.
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